Змеевиковые теплообменники

Погружные теплообменники. В погружном змеевиковом теплообмен­нике (рис. VIII-17) капельная жидкость, газ или пар движутся по спи­ральному змеевику 1, выполненному из труб диаметром 15—75 мм, ко­торый погружен в жидкость, находящуюся в корпусе 2 аппарата. Вследствие большого объема корпуса, в котором находится змеевик, скорость жидкости в корпусе незначительна, что обусловливает низкие значения коэффициента теплоотдачи снаружи змеевика. Для его увеличения по­вышают скорость жидкости в корпусе путем установки в нем внутреннего стакана 3, но при этом значительно уменьшается полезно используемый объем корпуса аппарата. Вместе с тем в некоторых случаях большой объем жидкости, заполняющей корпус, имеет и положительное значение, так как обеспечивает более устойчивую работу теплообменника при колеба­ниях режима. Трубы змеевика крепятся на конструкции 4.

В теплообменниках этого типа змеевики часто выполняются также из прямых труб, соединенных калачами. При больших расходах среды, движущейся по змеевику из прямых труб, ее сначала направляют в об­щий коллектор, из которого она поступает в параллельные секции труб и удаляется также через общий коллектор. При таком параллельном вклю­чении секций снижается скорость и уменьшается длина пути потока, что приводит к снижению гидравлического сопротивления аппарата.

Теплоотдача в межтрубном пространстве погружных теплообменников малоинтенсивна, так как тепло передается практически путем свободной конвекции. Поэтому теплообменники такого типа работают при низких тепловых нагрузках. Несмотря на это погружные теплообменники нахо­дят довольно широкое применение вследствие простоты устройства, дешевизны, доступности для очистки и ремонта, а также удобства работы при высоких давлениях и в химически активных средах. Они применяются при поверхностях нагрева до 10—15 м².

Если в качестве нагревающего агента в погружном теплообменнике используется насыщенный водяной пар, то отношение длины змеевика к его диаметру не должно превышать определенного предела; например, при давлениях пара 2·10⁵—5·10⁵ н/м² (2—5 ат) это отношение не должно быть больше 200—275. В противном случае скопление парового конденсата в нижней части змеевика вызовет значительное снижение интенсивности теплообмена при значительном увеличении гидравлического сопротивле­ния.

Оросительные теплообменники. Такой теплообменник (рис. VIII-18) представляет собой змеевики 1 из размещенных друг над другом прямых труб, которые соединены между собой калачами 2. Трубы обычно распо­ложены в виде параллельных вертикальных секций (на рисунке показана только одна секция) с общими коллекторами для подачи и отвода охлаж­даемой среды. Сверху змеевики орошаются водой, равномерно распреде­ляемой в виде капель и струек, при помощи желоба 3 с зубчатыми краями. Отработанная вода отводится из поддона 4, установленного под змееви­ками.

Оросительные теплообменники применяются главным образом в ка­честве холодильников и конденсаторов, причем около половины тепла отводится при испарении охлаждающей воды. В результате расход воды резко снижается по сравнению с ее расходом в холодильниках других ти­пов. Относительно малый расход воды — важное достоинство ороситель­ных теплообменников, которые, помимо этого, отличаются также просто­той конструкции и легкостью очистки наружной поверхности труб.

Несмотря на то, что коэффициенты теплопередачи в оросительных теплообменниках, работающих по принципу перекрестного тока, несколько выше, чем у погружных, их существенными недостатками являются: громоздкость, неравномерность смачивания наружной поверхности труб, нижние концы которых при уменьшении расхода орошающей воды очень плохо смачиваются и практически не участвуют в теплообмене. Кроме того, к недостаткам этих теплообменников относятся: коррозия труб кис­лородом воздуха, наличие капель и брызг, попадающих в окружающее пространство.

В связи с испарением воды, которое усиливается при недостаточном орошении, теплообменники этого типа чаще всего устанавливают на откры­том воздухе; их ограждают деревянными решетками (жалюзи), главным образом для того, чтобы свести к минимуму унос брызг воды.

Оросительные теплообменники работают при небольших тепловых нагрузках и коэффициенты теплопередачи в них невысоки. Их часто изго­товляют из химически стойких материалов.